高精度膜厚仪技术指导

傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法，起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快，受干扰信号影响较小，但精度不高。根据数字信号处理FFT理论，若输入光源波长范围为[λ1,λ2]，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2-λ1)，因此该方法主要应用于解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号，接着进行逆傅里叶变换、对数运算，之后取其虚部进行相位反包裹运算，从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明，该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。白光干涉膜厚仪需要进行校准，并选择合适的标准样品。高精度膜厚仪技术指导

干涉法与分光光度法都是利用相干光形成等厚干涉条纹的原理来确定薄膜厚度和折射率 ，然而与薄膜自发产生的等倾干涉不同，干涉法是通过设置参考光路，形成与测量光路间的干涉条纹，因此其相位信息包含两个部分，分别是由参考平面和测量平面间扫描高度引起的附加相位和由透明薄膜内部多次反射引起的膜厚相位。干涉法测量光路使用面阵CCD接收参考平面和测量平面间相干波面的干涉光强分布，不同于以上三种点测量方式，可一次性生成薄膜待测区域的表面形貌信息，但同时由于存在大量轴向扫描和数据解算，完成单次测量的时间相对较长。膜厚仪产品基本性能要求这种膜厚仪可以测量大气压下 。

薄膜是指分子 、原子或者是离子在基底表面沉积形成的一种特殊的二维材料。近几十年来，随着材料科学和镀膜工艺的不断发展，厚度在纳米量级（几纳米到几百纳米范围内）薄膜的研究和应用迅速增加。与体材料相比，因为纳米薄膜的尺寸很小，使得表面积与体积的比值增加，表面效应所表现出的性质非常突出，因而在光学性质和电学性质上有许多独特的表现。纳米薄膜应用于传统光学领域，在生产实践中也得到了越来越广泛的应用，尤其是在光通讯、光学测量，传感，微电子器件，生物与医学工程等领域的应用空间更为广阔。

根据以上分析可知 ，白光干涉时域解调方案的优点是：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动，光源的波长漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，所以扫描装置的分辨率将影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般是几个微米，达到亚微米的分辨率，主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性限制。文献[46]所报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54μm。当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到限制。随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展；

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向 ，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量 。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考面和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。操作需要一定的专业基础和经验，需要进行充分的培训和实践。测量膜厚仪成本价

随着技术的不断进步和应用领域的拓展，其性能和功能会得到提高和扩展。高精度膜厚仪技术指导

薄膜作为一种特殊的微结构 ，近年来在电子学 、摩擦学、现代光学得到了广泛的应用，薄膜的测试技术变得越来越重要。尤其是在厚度这一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微观可测量。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要而且很实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接关系到薄膜能否正常工作。在半导体工业中，膜厚的测量是硅单晶体表面热氧化厚度以及平整度质量控制的重要手段。薄膜的厚度影响薄膜的电磁性能、力学性能和光学性能等，所以准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。高精度膜厚仪技术指导